PROVE RESPIRATORIE - LA SPIROMETRIA

 

LA SPIROMETRIA

 

La spirometria rappresenta l’indagine più utilizzata per lo studio della funzionalità respiratoria, basandosi su due principali grandezze fisiche
- i volumi mobilizzati dal sistema respiratorio
- la velocità con cui questi volumi sono mobilizzati.
E’ evidente che a seconda delle varie patologie respiratorie avremo compromissione o dei volumi o dei flussi o di entrambi.

Principalmente possiamo avere tre situazioni

patologie ostruttive : si manifestano quando condizioni anatomiche e funzionali causano ostruzione bronchiale e alterazione ventilatoria, specie espiratoria, ai vari livelli delle vie aeree con iperdistensione funzionale ed anatomica degli spazi aerei distali. Si ha quindi un aumento delle resistenze al flusso aereo, e quindi  in un certo qual modo un ostacolo alla fase di espirazione. Avremo così una riduzione del flusso espiratorio,  con un prolungamento della espirazione. I quadri clinici più frequenti sono l’asma, la bronchite cronica e l’enfisema, bronchi ectasie.

patologie restrittive che determinano una riduzione  del volume massimo di aria contenuto nel polmone o per le dimensioni del polmone, o della compliance o per la incapacità di inspirare. Si possono identificare restrizioni dovute ad alterazioni della parete toracica nel suo complesso muscolo-scheletrico-pleurico e restrizioni dovute a modificazioni o riduzioni parenchimali polmonari. Esempi sono le patologie della gabbia toracica, le patologie neuromuscolari, lesioni occupanti spazio, patologia pleurica, fibrosi polmonare.

- Possiamo poi avere patologie miste.

 
STRUMENTAZIONE

La spirometria può essere effettuata principalmente  attraverso due strumentazioni
- con spirometro ad acqua o a secco, cioè spirometri a circuito chiuso, con segnale primario di volume. Tali spirometri   consistono in una campana controbilanciata da un peso, aperta verso il basso e immersa in un cilindro contente acqua o di un mantice a secco (vedi immagini) . 
Nella campana si trova una miscela di gas respiratori (aria od ossigeno) ed un tubo che connette la bocca del soggetto con il recipiente che contiene il gas. Inspirando od espirando rispettivamente aumenta o diminuisce il gas  e la campana  si abbassa o si solleva. Tale movimento viene registrato tramite un tamburo rotante con una punta scrivente.
Questi sono strumenti soggetti a minori errori, in quanto eseguono direttamente la misura dei volumi derivandone poi i flussi, ma hanno dimensioni discretamente voluminose e difficili ad essere trasportati.

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1^ IMMAGINE: SPIROMETRO DI TISSOT AD ACQUA: Spirometro a campana con puleggia, contrappeso, pennino scrivente, chimografo e circuito ventilato.

2^ IMAMGINE: SPIROMETRO A SECCO: Tipo con chiusua a srotolamento. I movimenti del pistone sono trasformati da un potenziometro in segnale elettrico il quale viene inviato a un registratore X/Y

3^ IMMAGINE:  SPIROMETRO A SECCO: Tipo con soffietto incernierato: SPIROMETRO A CUNEO. I movimenti del soffietto sono trasformati da un potenziometro in un segnale elettrico che raggiunge un registratore X/Y.

 con spirometri a flusso (pneumotacografo capillare di Fleisch, flussimetri a turbina, ad ultrasuoni, a sensori termici, ecc.) cioè spirometri a circuito aperto, con segnale primario di flusso, da cui vengono poi derivati i volumi. Questi sono apparecchi portabili, nei quali un  programma interno di elaborazione trasforma il segnale di flusso in segnale di volume. Alcune loro caratteristiche (inerzia della turbina, le vibrazioni, eventuali urti nel trasporto) possono alterare l’accuratezza delle loro misure.

PNEUMOTACOGRAFO tipo FLEISCH : rappresenta il sensore di flusso d'aria più utilizzato. Contiene al suo interno una specie di griglia costituita da moltissimi canalicoli,disposti lungo l'asse maggiore dello strumento, quindi una serie di capillari paralleli (vedi immagine), che provocano una resistenza minima costante al passaggio del flusso aereo  INTERNET__PICCOLO_-----_PNEUMOTACOGRAFO_TIPO_FLEISCHproducendo un gradiende di pressione ai due lati della resistenza proporzionale all'entità del flusso e alla lunghezza del tubo. Tale differenza di pressione viene misurata tramite un trasduttore di pressione differenziale e letto elettronicamente come flusso aereo. Poichè un flusso è la misura di un volume nell'unità di tempo, dalla sua misura si ricava il valore del volume di aria che viene mobilizzato in quell'atto respiratorio. La parte centrale è riscaldata a circa 37*C per evitare la condensazione del vapore acqueo presente nell'asria espirata, vapore che ostruirebbe parte dei canalicoli e quindi aumenterebbe la resistenza al flusso. 

 

Una variante è il pneumotacografo tipo Lilly che misura la differenza tra la pressione prima e dopo una membrana con una resistenza conosciuta.

FLUSSIMETRO A TURBINA : lo strumento è rappresentato da una turbina con eliche a bassissima resistenza ed inerzia. Il passaggio dell'aria espirata attraverso la turbina genera il movimento delle eliche in modo proporzionale all'entità del flusso. Utilizzata solo per screening clinici.

FLUSSIMETRO AD ULTRASUONI: il sensore di flusso è composto da due trasduttori ultrasonici posizionati agli estremi del canale di flusso con il verso diverso da quello del flusso da misurare. I trasduttori trasmettono segnali ultrasonici uno in controfase all'altro e il tempo impiegato per colmare la distanza tra i due sensori permette di calcolare il flusso e il peso molecolare dei gas  (aria) che attraversano il sistema.

ANEMOMETRO O FLUSSIMETRO A FILO CALDO: è costituito da un condotto aereo nel cui punto centrale è posto un filo elettricamente riscaldato (fino a circa 200°C); a monte e a valle sono posti due sensori di temperatura. L'aria che passa nel condotto viene riscaldata dalla resistenza elettrica e determina una differenza di temperatura tra il sensore a monte e il sensore a valle, proporzionale all'entità del flusso: questa viene viene tradotta in una differenza di potenziale. Il flusso ed il volume vengono così letti elettronicamente. Le misure effettuate da questo strumento non sono influenzate nè dalla umidità nè dalle variazioni di temperatura dell'aria inspirata. 

 

DA TENER PRESENTE 

che si tratta di un esame apparentemente di semplice realizzazione, ma non è così in quanto la validità dei suoi risultati dipende strettamente dal rispetto di vari fattori, quali la stretta collaborazione tra soggetto da esaminare e il sanitario esaminatore, quali i requisiti di qualità della strumentazione usata e la standardizzazione dei protocolli operativi nella esecuzione delle manovre respiratorie. In genere è di difficile esecuzione in bambini di età inferiore ai 5-6 anni.


CONTROINDICAZIONI all’esecuzione di una spirometria
- emottisi
- pneumotorace
- recente intervento chirurgico toracico o addominale
- recente intervento oculistico
- infarto miocardico acuto recente (ultimi tre mesi)
- angina instabile
- aneurisma toracico


PREPARAZIONE all’esecuzione

- non effettuare sforzi intensi nella mezzora precedente al test
- non fumare almeno da un’ora prima del test
- non consumate un pasto abbondante da almeno 2 ore prima del test
- non bere alcoolici da almeno 4 ore prima del test
- evitare , se possibile, di prendere farmaci antiasmatici, soprattutto broncodilatatori spray o per aerosol nelle 8-12 ore prima della prova

 

ESECUZIONE DEL TEST

- consigliabile al mattino tra le 9 e le 12,30
- l’ambiente sia a temperatura adeguata e confortevole, in modo che il soggetto possa avere addosso indumenti leggeri che non ostacolino l’espansione della gabbia toracica
- in generale è meglio eseguirla da seduti con i piedi  ben poggiati nel pavimento, liberando eventuali costrizioni nell’abbigliamento
- mantenere il busto eretto con muscolatura rilasciata
- posizionare il boccaglio correttamente, per evitare perdite ai lati della bocca o per evitare ostruzioni del foro con la lingua
- mettere lo stringinaso per evitare perdite d’aria
- respirare tranquillamente "a volume corrente" per alcuni secondi
- Inspirare profondamente per riempire completamente i polmoni e quindi espirare fino a svuotarli del tutto: questa manovra è fondamentale per misurare la capacità vitale e i cosiddetti volumi statici (fase lenta). Questa prova verrà ripetuta 3 volte per ottenere valori attendibili.
- La fase successiva prevede un’inspirazione profonda seguita da un’espirazione forzata, soffiando l’aria nel boccaglio con tutta la forza possibile (fase forzata). Spesso viene richiesto anche di inspirare profondamente e con forza. Anche questa prova verrà ripetuta 3 volte

 

La spirometria consente di registrare le variazioni del volume polmonare nel tempo sia durante una respirazione tranquilla (= volumi polmonari statici)  sia durante una respirazione forzata (volumi polmonari dinamici)


MISURA DEI VOLUMI POLMONARI STATICI

 

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 Volume Corrente (VC):  rappresenta il volume che entra ed esce ad ogni atto respiratorio normale quindi il volume di aria mobilizzato ad ogni respiro tranquillo; di norma circa 500 ml.

Volume di Riserva Inspiratoria (VRI): volume d’aria mobilizzabile al di sopra di un VC, cioè rappresenta il massimo volume di aria che può essere introdotto nel polmone dopo una normale inspirazione. Corrisponde a circa 3500 ml.

Volume di Riserva Espiratoria (VRE): volume d’aria mobilizzabile al di sotto di un VC, cioè rappresenta il volume di aria che può essere ulteriormente eliminato dopo una normale espirazione (circa 1000-1500 ml).

Capacità Vitale (CV): rappresenta il massimo volume d’aria che può essere espirato completamente e lentamente dopo un’inspirazione massimale (circa 4500 ml).

Capacità Funzionale Residua (CFR): rappresenta la massima quantità d’aria contenuta nel polmone al termine di una espirazione tranquilla. Risulta di circa 3000 ml.

Volume Residuo (VR): rappresenta il volume d’aria presente nel polmone al termine di una espirazione massimale. Corrisponde a circa 1500 - 2000 ml. Non può però essere misurato con lo spirometro ma con il pletismografo o con la tecnica della diluizione dei gas.

Capacità Polmonare Totale (CPT): rappresenta la massima quantità d’aria contenuta nel polmone all’apice di una inspirazione massimale: Corrisponde a circa 6000 ml.

 

MISURA DEI VOLUMI POLMONARI DINAMICI

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I volumi polmonari dinamici, rappresentati dai volumi espiratori rapportati ai tempi impiegati, comprendono:

- La capacità vitale forzata o CVF :  rappresenta la quantità di aria che viene espirata il più rapidamente e il più completamente possibile  (espirazione forzata) dopo una inspirazione massimale. Nel soggetto normale non differisce dalla CV (Capacità Vitale). Una differenza tra questi due valori può essere presente nelle malattie caratterizzate da ostruzione al flusso aereo.

Il volume espiratorio massimo nel secondo = VEMS  o FEV1, cioè la quantità di aria che viene forzatamente espirata nel primo secondo a partire dal punto di massima inspirazione (circa 3500 ml/min). Normalmente costituisce il 75-80% della capacità vitale forzata.  Il suo valore dipende dall'entità dello sforzo espiratorio e riflette quindi il diametro delle vie aeree centrali, ma è anche un buon indice della resistenza delle vie aeree periferiche. Il  VEMS è la misura più riproducibile per valutare la resistenza al flusso nella grandi vie aeree.

- Il rapporto VEMS/CVF x 100  o INDICE DI TIFFENAU è fondamentale per discriminare un deficit ostruttivo da un deficit restrittivo. Nei soggetti normali è superiore all’80% del valore teorico. La sua riduzione è sempre espressione di ostruzione delle vie aeree.

- Flusso espiratorio forzato medio o FEF 25-75 o MMEF : esprime il flusso medio calcolato nella porzione di curva espiratoria forzata compresa tra il 25% e il 75% della FVC.
Rappresenta un parametro sforzo-indipendente, essendo misurato oltre il primo 25% dell'FVC, e rappresenta un indice delle resistenze delle vie aeree periferiche. Negli stadi precoci di ostruzione, può essere l'unico segno di disfunzione ventilatoria di grado molto lieve.

- Flusso espiratorio forzato al 75% della FVC (FEF 75%): esprime il flusso medio forzato calcolato sulla porzione finale della curva espiratoria forzata. E’ relazionata alle resistenze delle vie aeree ancora più distali.


CURVA FLUSSO-VOLUME

 

E’ possibile rappresentare la manovra di espirazione forzata con una curva flusso-volume: ad ogni momento viene riportato il flusso istantaneo ed il volume corrispondente.
Il flusso (in ordinata) è misurato in litri/secondo e il volume ( in ascissa) in litri.

 

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CURVA FLUSSO-VOLUME NORMALE

 

 

Nella fase di espirazione la velocità di flusso aumenta fino al limite massimo della curva, ma non oltre per il fenomeno della compressione dinamica delle vie aeree.

 
La parte di curva posta alla sinistra della riga è sforzo dipendente, quella posta a dx della riga è sforzo indipendente, dipende cioè dalle proprietà intrinseche del polmone.

 

 

 

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CURVA FLUSSO-VOLUME PATOLOGICA

 

Nella insufficienza di tipo  ostruttivo avremo una riduzione dei flussi relativa a tutti i volumi polmonari espiratori con riduzione del PEF  e concavità verso l’alto della curva espiratoria.

 

Nella insufficienza di tipo restrittivo avremo una riduzione armonica dei volumi polmonari, velocità di flusso ridotte e normale calibro delle vie aeree.

 

 

 

VALIDITA’ DELL’ESAME SPIROMETRICO

Senza entrare in dettagli di pertinenza pneumologica, e raccomandazioni delle principali Linee Guida delle varie società pneumologiche stabiliscono la validità di un esame spirometrico sul rispetto di due requisiti
- almeno 3 curve esenti da difetti tecnici di esecuzione (sono definite “curve accettabili”)
- valori di FVC e FEV1 coerenti tra le curve ( sono initi “risultati ripetibili”)

 

Principali fonti documentali generali in Cultura Allergologica

Alcune fonti documentali specifiche:

Brambilla I, Pizzamiglio R. ABC dei tests di funzionalità respiratoria. Masson Italia Editori, Milano, 1979

Gramiccioni E, Loizzi M. Malattie dell'apparato respiratorio. Edizioni Minerva Medica, Torino, 2000

Marazzini L. Fisiopatologia e semeiotica funzionale della respirazione. Raffaello Cortina Editore, Milano, 1992

Miller Mr, Hankinson J, BrusascoV et al. Standardisation of spirometry. Eur Respir J, 2005;26:319-338

Roscelli F, Innocenti A, Quercia A. Vademecum di spirometria per la sorveglianza sanitaria dei lavoratori,Azienda USL Viterbo, 2011 da
http://www.asl.vt.it/Cittadino/SPISLL/pdf/Appunti_Di_Spirometria_Vademecum.pdf

Solidoro P. Interpretazione clinica della funzionalità respiratoria. Edizioni Minerva Medica, Torina, 2004